Partikelfysik i litet format utmanar LHC

Partikelfysiken kräver ofta enorma experiment, som partikelacceleratorn LHC i Schweiz, med en omkrets på 27 kilometer. Där kollideras protoner med varandra vid höga hastigheter, och ur den energi som frigörs bildas nya partiklar. Men nyligen gjorde en amerikansk forskargrupp ett experiment med en utrustning som inte är större än ett vanligt rum, där de genom att studera vardagliga elektroner kunde säga något om exotiska okända partiklar som fysiker hoppas kunna upptäcka.

Experimentet kallas Acme, och bygger på att man mäter  en speciell egenskap hos elektronen som kallas elektriskt dipolmoment, och som ibland förenklat beskrivs som elektronens form. Enligt nuvarande kunskap är elektronen en punktpartikel, helt utan storlek och struktur. Däremot har den ett elektriskt fält som breder ut sig i rummet. Om det elektriska fältet skulle ha en komponent som ser ut som en dipol (det vill säga med två poler) tyder det på att den elektriska laddningen är ojämnt fördelad i elektronen. Det här är en egenskap som elektronen inte kan ha, enligt partikelfysikens standardmodell för partiklar och krafter, men som däremot finns i en del av de modeller som försöker beskriva möjliga fenomen utanför standardmodellen.

Det här gör att mätningen är högintressant för forskare i teoretisk partikelfysik, som Rikard Enberg vid Uppsala universitet:

– Det är svårt att få ett stort elektriskt dipolmoment i standardmodellen. Om man skulle se något sådant skulle det vara väldigt spännande, säger han.

Med Acme mättes nu elektronens dipolmoment, och resultatet var noll. Det kan tyckas vara ett tråkigt utfall, men ibland är sådana resultat överraskande kraftfulla. Forskarna bakom Acme använder sitt mätresultat för en överslagsberäkning, som landar i att det inte finns några nya partiklar att upptäcka, som är lättare än 3 TeV (teraelektronvolt, en enhet för energi som används i partikelfysiken för att ange partiklars massa). Det placerar ny fysik nätt och jämnt utom räckhåll för experimenten vid LHC.

Men Rikard Enberg vill mana till försiktighet när det gäller att säga att Acmes resultat har uteslutit alla tänkbara partiklar som skulle kunna gå att upptäcka i LHC.

– Det går inte att säga något absolut förrän man tittar på en specifik modell. Acme har gjort en sorts uppskattning av ungefär vad resultatet innebär, men det finns vissa antaganden inbyggda.

Det finns redan forskare som har börjat använda resultatet från Acme för att utvärdera specifika teoretiska modeller, för att se om deras förutsägelser nu kan avskrivas. Det skulle kunna avgränsa vilka nya experiment som är mest intressanta att göra för att söka efter ny fysik bortom standardmodellen.

Resultatet från Acme är ett exempel på hur partikelfysiken kan utforskas från olika håll, och inte bara i de traditionella partikelfysiklaboratorierna.

– Precisionsexperiment av den här typen är ett viktigt komplement till acceleratorexperiment, säger Rikard Enberg.